Βιοχημεία Ενότητα 4: Μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη Γρηγόριος Διαμαντίδης, Καθηγητής Τμήμα Γεωπονίας

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη

Περιεχόμενα ενότητας (1) Δομή και βιολογικός ρόλος της μυοσφαιρίνης, αιμοσφαιρίνης και αίμης. Ομοιότητες και διαφορές αίμης και χλωροφύλλης. Δομή και βιολογικός ρόλος των κυτοχρωμάτων. Μετατροπή της αιμοσφαιρίνης σε μεθαιμοσφαιρίνη. Τα νιτρικά και νιτρώδη ιόντα ως αίτια πρόκλησης της δηλητηρίασης του αίματος.

Περιεχόμενα ενότητας (2) Πηγές νιτρικών/νιτρωδών ιόντων στην ανθρώπινη διατροφή. Αντισώματα και λεκτίνες: Πρωτεΐνες ιδιαίτερου βιολογικού ενδιαφέροντος.

Σκοποί ενότητας Να κατανοηθεί η δράση των πρωτεϊνών ως «μοριακά εργαλεία». Να περιγραφεί η δομή και ο βιολογικός ρόλος της μυοσφαιρίνης και αιμοσφαιρίνης, καθώς και η δομή και ο ρόλος της αίμης. Να περιγραφούν οι ομοιότητες και οι διαφορές της αίμης και της χλωροφύλλης. Να αναλυθεί η δομή και ο βιολογικός ρόλος των κυτοχρωμάτων. Να περιγραφεί η μετατροπή της αιμοσφαιρίνης σε μεθαιμοσφαιρίνη, καθώς και η δηλητηρίαση του αίματος. Να περιγραφούν νιτρικά και τα νιτρώδη ιόντα ως αίτια πρόκλησης της δηλητηρίασης του αίματος. Να παρουσιαστούν οι πηγές νιτρικών/νιτρωδών ιόντων στην ανθρώπινη διατροφή. Να περιγραφούν άλλες πρωτεΐνες ιδιαίτερου βιολογικού ενδιαφέροντος, όπως τα αντισώματα και οι λεκτίνες.

ΠΩΣ ΔΡΟΥΝ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ; ΓΙΑΤΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΟΝΤΑΙ ΜΟΡΙΑΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ; GrD

ΠΩΣ ΔΡΟΥΝ ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ; Παραδείγματα 1. Η δράση της μυοσφαιρίνης και της αιμοσφαιρίνης: οι πρωτεΐνες μεταφοράς οξυγόνου στους ζωικούς οργανισμούς 2. Τα κυτοχρώματα: μεταφορά ηλεκτρονίων σε όλους τους οργανισμούς (π.χ., κυτοχρώματα της αναπνευστικής και της φωτοσυνθετικής αλυσίδας) GrD

Η αιμοσφαιρίνη μεταφέρει το οξυγόνο από τους πνεύμονες διαμέσου του κυκλοφορικού συστήματος σε ολόκληρο το σώμα και η μυοσφαιρίνη το διαμοιράζει σε όλα τα κύτταρα των ιστών GrD

Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ: πρωτεϊνικό τμήμα + προσθετική ομάδα Προσθετική ομάδα: η αίμη Πλευρικές ομάδες R των αμινοξέων Πολυπεπτιδική αλυσίδα (πρωτεϊνικό τμήμα του μορίου) GrD

Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ Αίμη Δομή α-έλικα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας (δευτεροταγής δομή) GrD

Η ΑΙΜΗ: Μια σιδηρο-πορφυρίνη Πυρρολικοί δακτύλιοι Πυρρολικοί δακτύλιοι GrD

Το μόριο της αίμης μοιάζει με το μόριο της χλωροφύλλης Η χλωροφύλλη μοιάζει με την αίμη... Τυχαίο; GrD

πρωτεϊνικό τμήμα του μορίου Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ H αίμη βρίσκεται στο εσωτερικό μιας κοιλότητας του πρωτεϊνικού τμήματος πρωτεϊνικό τμήμα του μορίου GrD

Ένα από τα αμινοξέα της κοιλότητας συνδέεται στην αίμη Αίμη Πλευρική ομάδα του αμινοξέος ιστιδίνη H αίμη συνδέεται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα διαμέσου δεσμού συναρμογής του σιδήρου με την πλευρική ομάδα του αμινοξέος ιστιδίνη Δισθενής σίδηρος GrD

Απλουστευτική απεικόνηση του μορίου της αίμης Ιδιότητες του σιδήρου της αίμης: μπορεί και συνδέεται με έξι άτομα με αντίστοιχους έξι δεσμούς συναρμογής Απλουστευτική απεικόνηση του μορίου της αίμης GrD

ιστιδίνη αίμη πολυ πεπτιδική αλυσίδα Απλουστευτική απεικόνιση της σύνδεσης της αίμης στην πλευρική ομάδα της ιστιδίνης GrD ιστιδίνη Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ αίμη N πολυ πεπτιδική αλυσίδα Fe2+ 5ος δεσμός συναρμογής 6ος δεσμός συναρμογής (ελεύθερος)

Ο2 Ο2 Οξυγόνωση... ΟΞΥ-ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ ιστιδίνη αίμη Fe2+ GrD N Η ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ N αίμη Fe2+ 5ος δεσμός συναρμογής Ο2 ΟΞΥ-ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ 6ος δεσμός συναρμογής (δέσμευση οξυγόνου)

ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: ο σίδηρος παραμένει στη δισθενή του μορφή Η μυοσφαιρίνη (μοριακό εργαλείο που δεσμεύει και μεταφέρει το μόριο του οξυγόνου) είναι δυνατόν να οξυγονωθεί: το μόριο του οξυγόνου «δεσμεύται» στον 6ο δεσμό συναρμογής του δισθενούς σιδήρου της αίμης. ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: ο σίδηρος παραμένει στη δισθενή του μορφή

Η ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗΣ Ηis O O Fe+2 Ηis ΟΞΥ-ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ GrD

Ο2 Απο-οξυγόνωση... ΑΠΟ-ΟΞΥ-ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ ιστιδίνη αίμη Fe2+ GrD N 5ος δεσμός συναρμογής ΑΠΟ-ΟΞΥ-ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ 6ος δεσμός συναρμογής (ελεύθερος)

Συμπέρασμα Η βιολογική δράση της μυοσφαιρίνης επιτυγχάνεται διαμέσου της αίμης καθώς αυτό το μόριο είναι προικισμένο με την ικανότητα δέσμευσης/αποδέσμευσης του οξυγόνου. Η παρουσία του πρωτεϊνικού τμήματος καθιστά την ικανότητα αυτή της αίμης βιολογικώς διαχειρίσιμη....

Η αίμη ως προσθετική ομάδα μιας άλλης κατηγορίας πρωτεϊνών, των κυτοχρωμάτων (cyt), μεταφέρει ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ από ένα μόριο δότη ηλεκτρονίων σε ένα άλλο μόριο, αποδέκτη ηλεκτρονίων...τα κυτοχρώματα επομένως δρουν ως μεταφορείς ηλεκτρονίων και συμμετέχουν σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (αναπνοή, φωτοσύνθεση)... Στα κυτοχρώματα, ο 6ος δεσμός συναρμογής του σιδήρου συνδέεται στην πολυπεπτιδική αλυσίδα

ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ: Η πρωτεΐνη του αίματος που δεσμεύει το οξυγόνο στους πνεύμονες και το διαμοιράζει σε ολόκληρο το σώμα του οργανισμού ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ: Τέσσερις (4) πολυπεπτιδικές αλυσίδες ανά δύο όμοιες και τέσσερις αίμες GrD

Λευκό αιμοσφαίριο (λευκοκύτταρο) Ερυθροκύτταρο του αίματος: περιέχει τα μόρια της αιμοσφαιρίνης GrD

Κάθε ερυθροκύτταρο περιέχει 270 εκατομύρια μόρια αιμοσφαιρίνης Κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης μεταφέρει 4 μόρια οξυγόνου GrD

ιστιδίνη αίμη N Fe2+ O πολυ πεπτιδική αλυσίδα οξυγόνο GrD GrD

Η αιμοσφαιρίνη σε δράση: Οξυγόνωση και αποξυγόνωση GrD

Η αιμοσφαιρίνη σε δράση: Οξυγόνωση και αποξυγόνωση GrD

Όταν σίδηρος της αίμης είναι δισθενής..... Ικανός να δεσμεύει οξυγόνο GrD

Και όταν συμβεί ο δισθενής σίδηρος της αίμης να οξειδωθεί και να μετατραπεί σε τρισθενή σίδηρο (Fe+3), τότε …… Το νερό συνδέεται με την πλευρική ομάδα μιας ιστιδίνης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας [His] GrD

N μεθαιμοσφαιρίνη GrD

Μεθαιμοσφαιρίνη (μορφή αιμοσφαιρίνης που αδυνατεί να μεταφέρει οξυγόνο) Ηis Η2Ο Fe+3 Ηis GrD

Τι προκαλεί την οξείδωση του σιδήρου της αίμης; Fe+2 Fe+3 -e- αναγωγή Fe+3 Fe+2 +e- GrD

Κυρίως τα νιτρώδη άλατα... GrD

ΝΟ3- ΝΟ2- 1. ΑΛΛΑΝΤΙΚΑ χρώμα-άρωμα περεμπόδιση ανάπτυξης του βακτηρίου που προκαλεί βουτιλισμό (αλλαντίαση) ΝΟ3- ΝΟ2- 2 ΩΡΕΣ Νιτρικά και νιτρώδη άλατα προστίθενται σε μεγάλες ποσότητες στα αλλαντικά GrD

Ποιές οι επιπτώσεις των νιτρωδών αλάτων όταν εισέλθουν στον οργανισμό μας;

Οξείδωση του Fe+2 της αίμης της αιμοσφαιρίνης ΑΛΛΑΝΤΙΚΑ ΝΟ3- ΝΟ2- Μεταλλάξεις + αμίνες 2 ΩΡΕΣ Νιτροζαμίνες Οξείδωση του Fe+2 της αίμης της αιμοσφαιρίνης Μεθαιμο σφαιριναιμία Δηλητηρίαση αίματος GrD

Είναι δυνατόν να εισέλθουν στον οργανισμό μας νιτρώδη ιόντα και διαμέσου άλλων πηγών;

Ας εξετάσουμε την τύχη των νιτρικών και των αμμωνιακών ιόντων που περιέχονται στα αζωτούχα λιπάσματα που χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των αζωτούχων αναγκών των καλλιεργειών;

Πρόσληψη από τα φυτά (συσσώρευση Πρόσληψη από τα φυτά (συσσώρευση σε ορισμένα φυτά) Νεκρή οργανική ύλη Νιτρικά λιπάσματα διάσπαση ΝΗ4+ ΝΟ3- Nitrosomonas (βακτήριο εδάφους) Αμμωνιακά λιπάσματα Nitrobacter (βακτήριο εδάφους) Υπόγεια νερά ΝΟ2- + Η+ GrD

(Προέλευση: υπόγεια νερά) (συσσώρευση νιτρικών) ΠΟΣΙΜΟ ΝΕΡΟ (Προέλευση: υπόγεια νερά) ΟΡΙΣΜΕΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ (συσσώρευση νιτρικών) ΝΟ3- Δηλητηρίαση Αίματος (Fe+2Fe+3) ΝΟ2- Μεταλλάξεις + αμίνες Μεθαιμο σφαιριναιμία Νιτροζαμίνες GrD

ΝΟ3- ΝΟ2- + 2. ΠΟΣΙΜΟ 3. ΟΡΙΣΜΕΝΑ 1. ΑΛΛΑΝΤΙΚΑ ΝΕΡΟ ΛΑΧΑΝΙΚΑ Δηλητηρίαση αίματος ΝΟ2- Μεταλλάξεις + Μεθαιμο σφαιριναιμία αμίνες Νιτροζαμίνες GrD

ΤΑ ΝΙΤΡΙΚΑ ΙΟΝΤΑ ΠΟΥ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΝ ΝΑ ΠΡΟΣΛΑΒΟΥΜΕ ΠΙΝΟΝΤΑΣ ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΤΡΩΓΟΝΤΑΣ ΟΡΙΣΜΕΝΑ ΛΑΧΑΝΙΚΑ/ΑΛΛΑΝΤΙΚΑ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΥΓΕΙΑ ΜΑΣ; GrD

Οι Γεωπόνοι διαχειρίζονται το άζωτο στον πλανήτη... Ποιά η «θέση» σας σχετικά με τη χρήση των αζωτούχων λιπασμάτων;

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (1/4) Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες Σχήμα 1: Κοντινή άποψη της ομάδας της αίμης. http://www.carnicominstitute.org/articles/bio2011-6.htm Σχήμα 2: Σχηματική απεικόνιση της δομής της μυοσφαιρίνης. Γρ. Διαμαντίδης. Σχήμα 3: Σχηματική απεικόνιση του τρόπου σύνδεσης της αίμης με την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Γρ. Διαμαντίδης. Σχήμα 4: Απλουστευτική απεικόνιση της σύνδεσης της αίμης στην πλευρική ομάδα της ιστιδίνης. Γρ. Διαμαντίδης.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (2/4) Σχήμα 5: Σχηματική απεικόνιση της οξυγόνωσης. Γρ. Διαμαντίδης. Σχήμα 6: Σχηματική απεικόνιση της δράσης της μυοσφαιρίνης. Γρ. Διαμαντίδης. Σχήμα 7: Σχηματική απεικόνιση της από-οξυγόνωσης. Γρ. Διαμαντίδης. Σχήμα 8: Σχηματική απεικόνιση της πρωτεΐνης. http://140.117.34.2/faculty/ana/jt_shiea/ELDI.htm Σχήμα 9: Σχηματική απεικόνιση μεθαιμοσφαιρίνης. Γρ. Διαμαντίδης.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (3/4) Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνα 1: Ανθρώπινο σώμα. http://spin.pblogs.gr/pages/2.html Εικόνα 2: Η δομή της μυοσφαιρίνης. http://slideplayer.gr/slide/1895413/ Εικόνα 3: Χωρική τοποθέτηση της αίμης στη μυοσφαιρίνη. Γρ. Διαμαντίδης. Εικόνα 4: Αιμοσφαιρίνη. http://nano.bme.hu/moke_spectroscopy.html Εικόνα 5: Περιστρεμμένο μόριο αιμοσφαιρίνης στο οποίο φαίνονται οι ομάδες της αίμης. http://biocadmin.otago.ac.nz/fmi/xsl/bioc/learnbitslecture.xsl?- db=BIOCweb.fp7&-lay=Lectures&-recid=3942&-find= Εικόνα 6: Ερυθροκύτταρα και λευκοκύτταρα του αίματος. http://www.just- health.net/How-To-Increase-White-Blood-Cells.html

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (4/4) Εικόνα 7: Δομή ερυθροκυττάρου. http://epoequine.com/how-it- works/ Εικόνα 8: Η αιμοσφαιρίνη σε δράση: Οξυγόνωση και αποξυγόνωση. http://wikipedia.qwika.com/en2el/Hemoglobin Εικόνα 9: Αναστρέψιμη δέσμευση του οξυγόνου με την αιμοσφαιρίνη. http://www.biorom.uma.es/contenido/UPV_EHU/moleculas/fuerzas.h tm Εικόνα 10: Αλλαντικά. Φωτογραφικό αρχείο Γρ. Διαμαντίδη. Εικόνα 11: Λίπασμα. http://cercaviva.agr.br/ Εικόνα 12: Κοκκώδες λίπασμα θειικής αμμωνίας. http://geoponiko- parko.gr/products/products-categories/lipasmata-ormones/kokkodi- ximika-lipasmata/3231-detail

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Γρηγόριος Διαμαντίδης. «Βιοχημεία. Μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://opencourses.auth.gr/courses/OCRS508/.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Παρόμοια Διανομή [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Επεξεργασία: Χρυσάνθη Χαρατσάρη Θεσσαλονίκη, Εαρινό εξάμηνο 2014-2015 Τέλος ενότητας Επεξεργασία: Χρυσάνθη Χαρατσάρη Θεσσαλονίκη, Εαρινό εξάμηνο 2014-2015

Σημειωματα

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.